Kyselina lipoová
Lipoová kyselina
Kyselina lipoová přenáší vodík
Kyselina lipoová (thiooktová kyselina) patří mezi koenzymy přenášející jak vodík, tak i skupiny. Jako koenzym se uplatňuje v poměrně složité reakci - oxidativní dekarboxylaci.
V buňce probíhají dva podobné oxidativně dekarboxylační procesy. První z nich je katalyzovaný α-ketoglutarátdehydrogenázovým komplexem (citrátový cyklus), druhý pyruvátdehydrogenázovým komplexem (oxidativní dekarboxylace pyruvátu). Oba procesy vyžadují stejné kofaktory a v obou procesech funguje kyselina lipoová stejným způsobem.
Historie objevování
Poprvé byla kyselina lipoová nepřímo zmíněna jako růstový faktor v souvislosti s výzkumem prováděným na laktobacilech v roce 1946 B. M. Guirardem, E. E. Snellem a R. J. Williamsem, kteří ji označovali jako faktor nahrazující acetát. V roce 1951 byla popsána její úloha při reakci katalyzované pyruvátdehydrogenázou a v roce 1952 byla L. J. Reedem a B. G. DeBuskem nejprve identifikována jako mastná kyselina obsahující síru (6,8-dithiooktanová kyselina) a současně bylo i popsáno její spolupůsobení s thiamindifosfátovým koenzymem při oxidativní dekarboxylaci α-ketokyselin. Postupně byla odhalována její role v celém systému spřažených reakcí. Z pohledu dnešních znalostí lze konstatovat, že právě její schopnost vytvářet spolu s vhodnou aminokyselinou dlouhé rameno je základem fungování multienzymového komplexu při již zmíněné oxidativní dekarboxylaci α-oxokyselin (α-ketokyselin).
Lipoová kyselina je značně rozšířena v přírodních zdrojích a je velmi obtížné vyvolat její deficit. Je však nepostradatelnou složkou metabolismu. U mnoha mikroorganismů je růstovým faktorem. U lidí byla zpočátku zařazována mezi vitamíny, později se však ukázalo, že není esenciální složkou a v současné době není ve smyslu definice za vitamín považována.
Struktura kyseliny lipoové
Strukturálně se jedná o cyklický disulfid, na konci alifatického řetězce je vázána karboxylová skupina. Jako koenzym funguje ve formě amidu kyseliny lipoové (lipoamid). Mechanismus jejího působení spočívá v otevření disulfidického kruhu za vzniku amidu dihydrolipoové kyseliny.
Lipoová kyselina je na bílkovinu enzymu vázána prostřednictvím karboxylu, který s aminoskupinou v bočním řetězci vhodné aminokyseliny vytvoří pevnou amidovou vazbu. V případě pyruvátdehydrogenázy se váže na lyzinový zbytek transacetylázové složky tohoto enzymového komplexu. Vytváří tak dlouhé a ohebné rameno, které umožňuje opačnému konci molekuly rotovat postupně mezi aktivními místy každého z enzymů v komplexu. Tím se vytváří potřebné prostorové přeskupení a to umožní natočení přenášené skupiny žádoucím směrem.
Aminoskupina bočního řetězce lyzinu a karboxyl bočního řetězce kyseliny lipoové vytváří amidovou vazbu. Jejím vznikem se propojí dva alifatické řetězce umožňující poměrně snadnou rotaci. Pouze v místě amidové vazby je ohebnost ramene a jeho rotace omezena, což se však z pohledu přenosu skupiny mezi aktivními centry enzymů jeví jako určitá výhoda. Přenášená skupina se totiž udržuje v dostatečné vzdálenosti od povrchu molekuly enzymu, to umožňuje její rotaci a tím také natočení do potřebné polohy, aniž by musela disociovat od molekuly enzymu. Tento princip zvyšuje reakční rychlost a především vylučuje nežádoucí interakce.
Mechanismus působení
Amid kyseliny lipoové je koenzymem (spíše prostetickou skupinou) dihydrolipoyltransacetylázy, která je součástí multienzymového komplexu, který α-oxokyselinu dekarboxyluje a současně oxiduje. Kyselina lipoová v multienzymovém komplexu působí oxidačně a její úlohou je zajistit přenos skupiny a dehydrogenaci. Z této reakce vychází kyselina lipoová redukovaná, tedy s otevřeným kruhem a se dvěma sulfhydrylovými skupinami (jako amid dihydrolipoové kyseliny). Aby mohla dále plnit svoji katalytickou úlohu, musí být opětovně oxidována. Proto se kyselina lipoová zařazuje i mezi koenzymy přenášející vodík.
Na schématu jsou znázorněny tři rozhodující reakční kroky při působení kyseliny lipoové. Na enzym nejsou navázány 3 molekuly kyseliny lipoové, ale pouze jedna molekula. Schéma jen zdůrazňuje jednotlivé kroky reakce a každý z těchto kroků je znázorněn samostatným ramenem s chemickým znázorněním funkční skupiny kyseliny lipoové, a co se na ní odehrává. Z důvodů větší přehlednosti není ani znázorněn první krok reakce, tedy dekarboxylace pyruvátu a vazba na thiamindifosfát.
Redukovaný lipoamid je pak reoxidován flavoproteinem obsahujícím FAD. Tato dehydrogenáza (dihydrolipoyldehydrogenáza, dříve označovaná jako diaforáza) má redoxní potenciál mnohem negativnější, než potenciál většiny flavoproteinů, a proto dokáže přenášet vodík i na NAD+. Proto v další spřažené reakci je redukovaný flavoprotein oxidován NAD+, který zase přenese redukční ekvivalenty do dýchacího řetězce. Podrobněji je celý tento mechanismus popsán v článku o oxidativní dekarboxylaci.
Související články
Odkazy
Při zpracovávání textů a grafické stránky článků byly využity podklady z odborné literatury a internetu. Převzaté obrázky byly graficky upraveny pro potřeby tohoto webu. Kreslené obrázky podléhají autorským právům. Seznam použité literatury naleznete zde.